王强（大庆油田有限责任公司第二采油厂规划设计研究所）

低渗透油层油田开发需要注入“5、1、1”水质（含油小于或等于5mg/L，悬浮固体含量小于或等于1mg/L，颗粒中值小于或等于1μm）。目前常规污水处理工艺只能达到“8、3、2”水质指标，为达到“5、1、1”水质指标，采油二厂结合降低含油污水矿化度项目，开展了含油污水膜处理试验研究。

膜处理技术原理：在常温下以膜两侧的压力差为动力，实现一定分子量的溶质和溶剂的分离、浓缩。膜处理技术可以通过选用不同孔径膜对污水中的乳化油及溶解油进行分离，同时膜分离技术具有占地面积小、不产生新的污泥、自动化程度高等优点。

1 工艺筛选

2004年对三种膜——中空纤维超滤膜[1]、微滤膜[2]以及管式超滤膜[3，4]，进行了对比研究，所使用的污水为两级过滤的滤后水。现场试验结果表明：三种膜处理滤后水的性能和效果差异很大。

中空纤维超滤膜运行15min后，通量就开始明显降低，运行25min，清水通量就降低到初始值的2%，在运行10天之后失去截留悬浮物的功能，说明该种膜的抗污染性差，故本研究没有选择中空纤维膜。

在对1μm微滤膜的试验中，发现其通量衰减依然很快，运行30min后就需要进行反冲洗，并且运行3个周期后，即使采用化学清洗，其通量也很难再恢复，此时，微滤膜基本丧失了处理水的能力。用3μm微滤膜进行试验，发现这种膜对油及悬浮物的去除效果很差，处理后的水质与处理前水质基本相同，因此也不适用于含油污水深度处理。

使用的管式超滤膜的材质为聚偏氟乙烯，操作压力0.18MPa。管式超滤膜相对传统的中空纤维膜采取了有效的防止膜污染措施，诸如：加大错流流速、膜径增大、膜壁厚度减小等，这样油、悬浮粒子等不容易对其产生污染。另外，管式超滤膜的材质为聚偏氟乙烯，此材料耐高温，在70℃条件下可以长时间工作，耐酸碱，抗氧化性强，各种化学清洗对其损伤小，适合用于含油污水的处理。管式超滤膜连续运行了一年，试验结果表明，出水含油、悬浮物均小于或等于1mg/L，粒径中值不能检出，因此选择管式超滤膜作为含油污水深度处理的工艺。

2 膜材质选择

2004—2009年，分别采用聚偏氟乙烯膜（PVDF）、氧化锆膜、聚偏氟乙烯膜改性膜开展试验研究，通过对比膜过滤性能、抗污染性能及污染恢复性能、膜的分离效果、投资和运行费用，推荐采用聚偏氟乙烯膜改性膜，该膜具有以下主要特点：

◇亲水性好，耐污染能力强，比非改性膜吸附的污染物（烃类污染物）减少30%；

◇水通量增加了1.5～2倍；

◇能从渗透液端进行反冲洗，可有效去除膜内部的污染物，反冲洗后运行周期增加了十余个小时，膜通量增加了约40%；

◇电耗是氧化锆膜的60%；

◇膜每个周期运行结束后，采用化学清洗，其恢复率可达到99%以上。

3 现场试验

3.1 方案

聚南2-2含油污水降矿化度处理站主要承担该区域部分含油污水降矿化度处理任务，原水来自聚南2-2污水站，采用管式超滤膜除油、悬浮物，离子分离器降矿化度等工艺，其中超滤膜设计产水能力为7481m3/d，离子分离器设计产水能力为5000 m3/d，降矿化度后污水代替清水作为聚合物配聚水源回注油层（图1），并开展相关现场试验。

聚南2-2联合站提供的净化水罐来水9351m3/d，经管式超滤膜设备进行处理，管式超滤膜设计总产水量为7481m3/d，工艺流程见图1。

图1 工艺流程

3.2 系统运行情况

2012年9月22日开始试运行，设备运行相对稳定后，高峰期平均处理水量10022m3/d，超滤出水7993m3/d。其中原水为聚南2-2污水站深度处理污水，经监测水质指标为：温度24～30℃，pH值9.12，电导率6600～6750μs/cm左右，矿化度4000mg/L左右；含油小于或等于5mg/L，悬浮物小于或等于5mg/L，悬浮物粒径中值小于或等于2μm。系统按照设计工艺运行，管式超滤膜系统总产水率为80%左右（包括系统自用水）。

1#管式超滤膜系统共7组，目前开3组，其他组备用，2#管式超滤膜系统共7组，目前开3组，其他组备用，处理水为1#管式超滤膜浓水。由于现场原水水质总碱度、PH值较高，温度较低（25℃左右），对管式超滤膜系统有一定影响。经过一系列工艺调整，从目前运行情况来看，每组设备运行稳定，满足设计要求。选择1台设备的24h实时运行趋势图为例，来说明设备的运行情况（图2）。

图2 管式超滤膜单元24h产水量随时间变化趋势

该设备为1#管式超滤膜设备中的第2组设备，其中横坐标为时间（h），纵坐标为电磁流量计记录的瞬时流量（m3）。从图可以看出，在24h内产水量一直维持在18m3/h左右（产水量小于14m3/h将使用酸、碱性清洗剂等交替清洗）。设备每1h反洗一次（反洗时间30s），累积24h加药反洗一次（加药反洗浸泡时间20～30min可设定，图3中缺口部分）。

原水含聚浓度118mg/L、含油3.42mg/L、悬浮物2.71mg/L，出水含油与悬浮物均为痕迹，粒径中值0.08μm，达到“5、1、1”标准。

3.3 维修维护情况

日常维护维修主要设备：泵类、控制系统、阀门、电磁流量计、液位传感器、压力传感器、温度传感器、电导率仪等维护保养。

通用设备包括差压过滤机、空压机、冷冻干燥机，以及恒压供水设备和空气过滤器的维护保养。

图3 管式超滤膜水量曲线

图4 三次加密注水井投产初期平均注水压力对比曲线

产水设备：管式超滤膜设备维护保养等。

停产检修内容包括：

1）管式超滤膜来水管道中DN250UPVC三通出现裂纹，加药间3m3PE醋酸储罐泄露，3#罐、4#罐浮球液位计滑竿结垢，液位计出现误差，需停机一并检修。

2）加药间、恒压供水、空气压缩机、主管路维修维护，控制系统；更换相关配件。

3）各缓冲罐排污、冲洗，配合站里检修外输泵房及各水池。

3.4 成本与投资

超滤膜清洗药剂包括盐酸、醋酸等，成本为0.2200元/m3。

日常维修费包括泵类、电控、仪表、阀门等易损件更换，折算成本为0.0656元/m3。

循环超滤膜系统使用寿命6年，更换一次费用为648万元左右，折合每年费用为54万元，吨水成本0.203元。

目前该站的直接运行成本为1.676元/m3（表1）。

表1 管式超滤膜单位(m3)运行成本

聚南2-2低矿化度站超滤膜部分建设工程投资约2270万元（7300m3/d工程）。

3.5 经济评价

为分析注入“5、1、1”水质与注入“8、3、2”水质对三次加密油层的影响，分别对46口转注井（“8、3、2”水质）和59口转注井（”5、1、1”水质）投产初期的注水情况进行统计，其投产初始16天的平均注水压力变化见图4。

从图4可以看出，在不同的注入水质下，随着注水时间的延长，“5、1、1”水质转注井的注入压力（平均9.33MPa）低于“8、3、2”水质转注井（平均10.77MPa），平均值低1.44MPa。注入压力的降低具有一定的节能效果，按照平均注水压力降低1.44MPa计算，按该站设计规模，年可节电86.7×104kWh。

采用管式超滤膜除油、悬浮物，离子分离器降矿化度后，可代替清水作为聚合物配聚水源回注油层，年可节约清水约110×104m3。

4 结论

◇采取管式超滤膜处理工艺处理含油污水，管式超滤膜运行正常，反冲洗、化学清洗后膜通量得到有效恢复；

◇所采用的聚偏氟乙烯改性有机超滤膜出水含油、悬浮物、粒径中值可达到“5、1、1”标准，为油田含油污水膜深度处理提供新思路；

◇该站建设投资小（7300m3/d工程投资2270万元），运行费用少（包括维护费及膜更换费用的直接运行成本为1.676元/m3），有利于推广应用。

[1]薛云波,谈晓东.中空纤维超滤膜在微污染水中的应用研究[J].科技创新导报,2011(31):130-131.

[2]黄霞,桂萍.膜生物反应器废水处理工艺的研究进展[J].环境科学研究,1998,11(1):40-44.

[3]镇祥华,于水利,王北福,等.超滤处理油田采出水的膜污染特征及清洗[J].给水排水,2006(2):56-59.

[4]镇祥华,于水利,王北福,等.油田采出水中的超滤膜清洗[J].水处理技术,2006,2(2):57-58.